侯加文+鄭玉忠

摘要：文章所探討的控制系統(tǒng)采用的S7-300PLC是德國西門子公司可編程控制器的主流產(chǎn)品，PLC是該系統(tǒng)的控制中樞。子站采用西門子ET200S，通過Profibus-DP總線將現(xiàn)場設(shè)備連接到控制裝置，代替過去繁雜的電纜連接。系統(tǒng)投入使用后，實(shí)現(xiàn)了洗梗工序根據(jù)所需物料量的多少對煙梗自動(dòng)拆包、上梗和啟停，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了現(xiàn)場操作人員勞動(dòng)量。

關(guān)鍵詞：西門子；S7-300PLC；自動(dòng)上梗系統(tǒng)；Profibus-DP總線

中圖分類號：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0005-02

1 存在的問題

煙草制梗絲所用的煙梗由現(xiàn)場操作工抬到皮帶輸送機(jī)上，然后經(jīng)風(fēng)力送到洗梗喂料機(jī)處。按每天計(jì)劃投料10000kg煙梗，每包50kg計(jì)算，每班操作工需要抬200多包，勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于上梗機(jī)與洗梗設(shè)備相距100m，主要靠兩地操作人員巡查聯(lián)系，生產(chǎn)中聯(lián)系不及時(shí)就會出現(xiàn)上梗量過大，煙梗堵塞在風(fēng)送管道中造成生產(chǎn)中斷，影響在制梗絲切絲質(zhì)量和水分穩(wěn)定性。

2 技術(shù)方案

（1）設(shè)計(jì)自動(dòng)上梗機(jī)，實(shí)現(xiàn)對煙梗的自動(dòng)吊裝、運(yùn)輸和上梗，由人工抬包實(shí)現(xiàn)為機(jī)械輸送，以減少現(xiàn)場操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）設(shè)計(jì)自動(dòng)拆包卸梗機(jī)，實(shí)現(xiàn)對煙梗的自動(dòng)拆包，消除割包時(shí)操作人員易割傷手安全隱患。

（3）電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在上梗生產(chǎn)現(xiàn)場安裝兩個(gè)電控柜，一個(gè)用于安裝PLC、各種控制模塊；另一個(gè)用于安裝控制現(xiàn)場各電機(jī)的饋電器及本地開關(guān)。

（4）通過PLC實(shí)現(xiàn)對風(fēng)送煙梗根據(jù)洗梗工序所需物料量的多少自動(dòng)停止和啟動(dòng)。

（5）在PLC中設(shè)計(jì)運(yùn)行控制程序，具備自動(dòng)、手動(dòng)、聯(lián)機(jī)、網(wǎng)絡(luò)診斷和報(bào)警功能。

3 方案實(shí)施

3.1 設(shè)計(jì)制作自動(dòng)上梗機(jī)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)上梗機(jī)由“工”字型鋼軌道和電動(dòng)葫蘆兩部分組成。

3.1.1 鋼軌道的選型。根據(jù)現(xiàn)場空間和吊裝輸送的要求，“工”字型鋼軌道選用150mm“工”字型鋼，上面焊接16mm鋼筋用以加固軌道，兩端焊接限位塊，起到安全限位作用。“工”字型鋼軌道的長度貫穿整個(gè)煙梗存放區(qū)，以便對遠(yuǎn)距離的煙梗進(jìn)行輸送，達(dá)到自動(dòng)上梗的目的。

3.1.2 電動(dòng)葫蘆的選型。根據(jù)投料煙梗50kg/包的情況，以每次吊起3包共150kg為限，考慮安全系數(shù)選擇載重為0.5噸電動(dòng)葫蘆。

3.1.3 上梗機(jī)工作原理?？刂剖直涎b有上下、前后、停止按鈕，按下“上下”按鈕，鋼鉤掛著物料可上下運(yùn)行；按下“前后”按鈕，鋼鉤掛著物料沿著鋼輥道可前后運(yùn)行。

3.2 設(shè)計(jì)制作自動(dòng)拆包卸梗機(jī)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)拆包卸梗機(jī)由三條傳送帶傳送梗包，中間是一條350mm寬的輸送帶，兩邊為300mm×1700mm的輸送帶，中間的輸送帶和兩邊的輸送帶之間有一空隙，安裝有切割刀。整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行由PLC通過光電開關(guān)進(jìn)行控制。當(dāng)煙梗包放在輸送帶上遮擋著光電開關(guān)時(shí)，皮帶在電機(jī)減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)下開始向前運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)的切刀對梗包進(jìn)行切割；當(dāng)皮帶機(jī)上無物料時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行。為避免安全事故的發(fā)生，在切割機(jī)構(gòu)上裝有安全保護(hù)裝置，以消除安全隱患。

3.3 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝

3.3.1 控制系統(tǒng)的配置。本控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：（1）主站PLC。由于系統(tǒng)的控制規(guī)模不大，選用西門子公司的S7-300PLC，該系列PLC是西門子公司的主流產(chǎn)品，能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場合，尤其是在生產(chǎn)制造中的應(yīng)用。S7-300PLC基于模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，配置靈活、安裝簡單、維護(hù)容易、擴(kuò)展方便，各種模塊可以進(jìn)行廣泛的組合和擴(kuò)展。S7-300PLC用背板總線將除電源模塊之外的模塊連接起來。背板總線集成在模塊上，模塊通過總線連接器相連，每個(gè)模塊都有一個(gè)總線連接器，后者插在各模塊的背后。安裝時(shí)先將總線連接器插在CPU模塊上，并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個(gè)模塊。（2）分布式I/O。選用模塊化的ET200S從站，帶DP接口模塊。ET200S模塊是分布式的I/O系統(tǒng)，特別適用于需要電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器和安裝裝置的開關(guān)柜，一個(gè)站最多可連接64個(gè)子模塊，輸入和輸出最大均為128字節(jié)，I/O模塊能以任何方式組合，最高數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到12Mbt/s。（3）采用Profibus-DP現(xiàn)場總線。Profibus是一種國際化的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，亦稱RS-485總線段，在一個(gè)總線段上最多可連接32個(gè)子站。該總線主要用于現(xiàn)場級的高速數(shù)據(jù)傳輸，在這一級，控制器PLC通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設(shè)備如I/O、傳感器交換數(shù)據(jù)。由于Profibus是一種成熟的總線技術(shù)，目前世界上許多自動(dòng)化技術(shù)廠家都為它們生產(chǎn)提供Profibus接口。（4）變頻器。選用丹弗斯VLT2800變頻器，帶Profibus-DP總線接口。（5）傳動(dòng)設(shè)備。異步電動(dòng)機(jī)及減速箱。（6）主要I/O設(shè)備。電磁閥、開關(guān)按鈕、指示燈、傳感器等。（7）人機(jī)界面。采用西門子公司的MP377觸摸屏，PLC通過MPI電纜與其相連。人機(jī)界面劃分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)為畫面顯示區(qū)域，另外一個(gè)為操作區(qū)域。其中畫面顯示區(qū)域由多個(gè)不同層的畫面窗口疊加而成，操作區(qū)則由多個(gè)按鈕組成。

3.3.2 硬件安裝。在上梗生產(chǎn)現(xiàn)場安裝兩個(gè)電控柜，一個(gè)用于安裝PLC、輸入、輸出模塊、現(xiàn)場操作人機(jī)界面、電源開關(guān)、變頻器、急停開關(guān)等；另一個(gè)用于安裝控制現(xiàn)場各電機(jī)的饋電器及本地開關(guān)。饋電器控制不需要調(diào)速的電機(jī)，變頻器控制需要調(diào)速的電機(jī)。

3.3.3 硬件組態(tài)。在硬件中組態(tài)電源、CPU、輸入、輸出模塊、變頻器、ET200S子站，CPU通過Profibus-DP總線與變頻器、子站進(jìn)行通信（見圖1）。

3.3.4 通過PLC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。由于上梗機(jī)與洗梗地點(diǎn)相距100m，主要靠兩地操作人員巡查聯(lián)系，當(dāng)洗梗工序發(fā)現(xiàn)喂料機(jī)料滿時(shí)，通知上梗工序停止上梗，上梗工序接到信息后才停止上梗，此間的時(shí)間間隔易出現(xiàn)上梗量過多，造成風(fēng)送煙梗堵塞管道內(nèi)。為此，我們結(jié)合兩工序設(shè)備現(xiàn)狀，通過對光電控制開關(guān)的應(yīng)用，以西門子S7-300PLC實(shí)現(xiàn)對風(fēng)送煙梗根據(jù)洗梗工序所需物料量的多少自動(dòng)停止和啟動(dòng)。在洗梗工序喂料機(jī)上安裝上下兩個(gè)光電開關(guān)，當(dāng)喂料機(jī)內(nèi)物料達(dá)到一定量，同時(shí)遮擋著兩個(gè)光電開關(guān)時(shí)，喂料機(jī)將料滿信號傳送至上梗工序，使風(fēng)送煙梗自動(dòng)停止進(jìn)料；當(dāng)洗梗工序喂料機(jī)內(nèi)物料量減少至下光電開關(guān)位置時(shí)，光電開關(guān)將料空信號傳送至上梗工序，使上梗設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)，開始風(fēng)送煙梗，自動(dòng)控制示意圖見圖2：

3.3.5 控制程序編寫。在PLC中編寫控制設(shè)備運(yùn)行程序塊，程序塊包含有基本組織塊OB1、設(shè)備運(yùn)行塊FC1、網(wǎng)絡(luò)診斷塊FC2、報(bào)警信息塊FC3及變頻器數(shù)據(jù)塊DB1，具備自動(dòng)、手動(dòng)和聯(lián)機(jī)功能。

3.3.6 設(shè)計(jì)設(shè)備運(yùn)行畫面及網(wǎng)絡(luò)診斷畫面，便于現(xiàn)場操工觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作及參數(shù)設(shè)置。發(fā)生故障時(shí)在人機(jī)界面上顯示報(bào)警信息，便于維修人員快速排除故障。

4 應(yīng)用效果

自動(dòng)上梗機(jī)系統(tǒng)使用后，上梗堵料次數(shù)由4次/月下降至1次/月；小停機(jī)時(shí)間由65分鐘/月降至5分鐘/月；切梗絲后水分標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.35降至0.26；切梗絲厚度標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.047降至0.033，保障了梗流量連續(xù)、均勻、穩(wěn)定、受控，同時(shí)現(xiàn)場操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也得到大幅度降低。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2] 劉美俊.西門子S7-300/400PLC應(yīng)用案例解析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3] 鄭風(fēng)翼，張繼研.圖解西門子S7-300/400系列PLC入門[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：侯加文（1972-），男，河南駐馬店人，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司駐馬店卷煙廠制絲車間工程師，研究方向：制絲設(shè)備維護(hù)。

摘要：文章所探討的控制系統(tǒng)采用的S7-300PLC是德國西門子公司可編程控制器的主流產(chǎn)品，PLC是該系統(tǒng)的控制中樞。子站采用西門子ET200S，通過Profibus-DP總線將現(xiàn)場設(shè)備連接到控制裝置，代替過去繁雜的電纜連接。系統(tǒng)投入使用后，實(shí)現(xiàn)了洗梗工序根據(jù)所需物料量的多少對煙梗自動(dòng)拆包、上梗和啟停，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了現(xiàn)場操作人員勞動(dòng)量。

關(guān)鍵詞：西門子；S7-300PLC；自動(dòng)上梗系統(tǒng)；Profibus-DP總線

中圖分類號：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0005-02

1 存在的問題

煙草制梗絲所用的煙梗由現(xiàn)場操作工抬到皮帶輸送機(jī)上，然后經(jīng)風(fēng)力送到洗梗喂料機(jī)處。按每天計(jì)劃投料10000kg煙梗，每包50kg計(jì)算，每班操作工需要抬200多包，勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于上梗機(jī)與洗梗設(shè)備相距100m，主要靠兩地操作人員巡查聯(lián)系，生產(chǎn)中聯(lián)系不及時(shí)就會出現(xiàn)上梗量過大，煙梗堵塞在風(fēng)送管道中造成生產(chǎn)中斷，影響在制梗絲切絲質(zhì)量和水分穩(wěn)定性。

2 技術(shù)方案

（1）設(shè)計(jì)自動(dòng)上梗機(jī)，實(shí)現(xiàn)對煙梗的自動(dòng)吊裝、運(yùn)輸和上梗，由人工抬包實(shí)現(xiàn)為機(jī)械輸送，以減少現(xiàn)場操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）設(shè)計(jì)自動(dòng)拆包卸梗機(jī)，實(shí)現(xiàn)對煙梗的自動(dòng)拆包，消除割包時(shí)操作人員易割傷手安全隱患。

（3）電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在上梗生產(chǎn)現(xiàn)場安裝兩個(gè)電控柜，一個(gè)用于安裝PLC、各種控制模塊；另一個(gè)用于安裝控制現(xiàn)場各電機(jī)的饋電器及本地開關(guān)。

（4）通過PLC實(shí)現(xiàn)對風(fēng)送煙梗根據(jù)洗梗工序所需物料量的多少自動(dòng)停止和啟動(dòng)。

（5）在PLC中設(shè)計(jì)運(yùn)行控制程序，具備自動(dòng)、手動(dòng)、聯(lián)機(jī)、網(wǎng)絡(luò)診斷和報(bào)警功能。

3 方案實(shí)施

3.1 設(shè)計(jì)制作自動(dòng)上梗機(jī)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)上梗機(jī)由“工”字型鋼軌道和電動(dòng)葫蘆兩部分組成。

3.1.1 鋼軌道的選型。根據(jù)現(xiàn)場空間和吊裝輸送的要求，“工”字型鋼軌道選用150mm“工”字型鋼，上面焊接16mm鋼筋用以加固軌道，兩端焊接限位塊，起到安全限位作用。“工”字型鋼軌道的長度貫穿整個(gè)煙梗存放區(qū)，以便對遠(yuǎn)距離的煙梗進(jìn)行輸送，達(dá)到自動(dòng)上梗的目的。

3.1.2 電動(dòng)葫蘆的選型。根據(jù)投料煙梗50kg/包的情況，以每次吊起3包共150kg為限，考慮安全系數(shù)選擇載重為0.5噸電動(dòng)葫蘆。

3.1.3 上梗機(jī)工作原理?？刂剖直涎b有上下、前后、停止按鈕，按下“上下”按鈕，鋼鉤掛著物料可上下運(yùn)行；按下“前后”按鈕，鋼鉤掛著物料沿著鋼輥道可前后運(yùn)行。

3.2 設(shè)計(jì)制作自動(dòng)拆包卸梗機(jī)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)拆包卸梗機(jī)由三條傳送帶傳送梗包，中間是一條350mm寬的輸送帶，兩邊為300mm×1700mm的輸送帶，中間的輸送帶和兩邊的輸送帶之間有一空隙，安裝有切割刀。整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行由PLC通過光電開關(guān)進(jìn)行控制。當(dāng)煙梗包放在輸送帶上遮擋著光電開關(guān)時(shí)，皮帶在電機(jī)減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)下開始向前運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)的切刀對梗包進(jìn)行切割；當(dāng)皮帶機(jī)上無物料時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行。為避免安全事故的發(fā)生，在切割機(jī)構(gòu)上裝有安全保護(hù)裝置，以消除安全隱患。

3.3 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝

3.3.1 控制系統(tǒng)的配置。本控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：（1）主站PLC。由于系統(tǒng)的控制規(guī)模不大，選用西門子公司的S7-300PLC，該系列PLC是西門子公司的主流產(chǎn)品，能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場合，尤其是在生產(chǎn)制造中的應(yīng)用。S7-300PLC基于模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，配置靈活、安裝簡單、維護(hù)容易、擴(kuò)展方便，各種模塊可以進(jìn)行廣泛的組合和擴(kuò)展。S7-300PLC用背板總線將除電源模塊之外的模塊連接起來。背板總線集成在模塊上，模塊通過總線連接器相連，每個(gè)模塊都有一個(gè)總線連接器，后者插在各模塊的背后。安裝時(shí)先將總線連接器插在CPU模塊上，并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個(gè)模塊。（2）分布式I/O。選用模塊化的ET200S從站，帶DP接口模塊。ET200S模塊是分布式的I/O系統(tǒng)，特別適用于需要電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器和安裝裝置的開關(guān)柜，一個(gè)站最多可連接64個(gè)子模塊，輸入和輸出最大均為128字節(jié)，I/O模塊能以任何方式組合，最高數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到12Mbt/s。（3）采用Profibus-DP現(xiàn)場總線。Profibus是一種國際化的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，亦稱RS-485總線段，在一個(gè)總線段上最多可連接32個(gè)子站。該總線主要用于現(xiàn)場級的高速數(shù)據(jù)傳輸，在這一級，控制器PLC通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設(shè)備如I/O、傳感器交換數(shù)據(jù)。由于Profibus是一種成熟的總線技術(shù)，目前世界上許多自動(dòng)化技術(shù)廠家都為它們生產(chǎn)提供Profibus接口。（4）變頻器。選用丹弗斯VLT2800變頻器，帶Profibus-DP總線接口。（5）傳動(dòng)設(shè)備。異步電動(dòng)機(jī)及減速箱。（6）主要I/O設(shè)備。電磁閥、開關(guān)按鈕、指示燈、傳感器等。（7）人機(jī)界面。采用西門子公司的MP377觸摸屏，PLC通過MPI電纜與其相連。人機(jī)界面劃分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)為畫面顯示區(qū)域，另外一個(gè)為操作區(qū)域。其中畫面顯示區(qū)域由多個(gè)不同層的畫面窗口疊加而成，操作區(qū)則由多個(gè)按鈕組成。

3.3.2 硬件安裝。在上梗生產(chǎn)現(xiàn)場安裝兩個(gè)電控柜，一個(gè)用于安裝PLC、輸入、輸出模塊、現(xiàn)場操作人機(jī)界面、電源開關(guān)、變頻器、急停開關(guān)等；另一個(gè)用于安裝控制現(xiàn)場各電機(jī)的饋電器及本地開關(guān)。饋電器控制不需要調(diào)速的電機(jī)，變頻器控制需要調(diào)速的電機(jī)。

3.3.3 硬件組態(tài)。在硬件中組態(tài)電源、CPU、輸入、輸出模塊、變頻器、ET200S子站，CPU通過Profibus-DP總線與變頻器、子站進(jìn)行通信（見圖1）。

3.3.4 通過PLC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。由于上梗機(jī)與洗梗地點(diǎn)相距100m，主要靠兩地操作人員巡查聯(lián)系，當(dāng)洗梗工序發(fā)現(xiàn)喂料機(jī)料滿時(shí)，通知上梗工序停止上梗，上梗工序接到信息后才停止上梗，此間的時(shí)間間隔易出現(xiàn)上梗量過多，造成風(fēng)送煙梗堵塞管道內(nèi)。為此，我們結(jié)合兩工序設(shè)備現(xiàn)狀，通過對光電控制開關(guān)的應(yīng)用，以西門子S7-300PLC實(shí)現(xiàn)對風(fēng)送煙梗根據(jù)洗梗工序所需物料量的多少自動(dòng)停止和啟動(dòng)。在洗梗工序喂料機(jī)上安裝上下兩個(gè)光電開關(guān)，當(dāng)喂料機(jī)內(nèi)物料達(dá)到一定量，同時(shí)遮擋著兩個(gè)光電開關(guān)時(shí)，喂料機(jī)將料滿信號傳送至上梗工序，使風(fēng)送煙梗自動(dòng)停止進(jìn)料；當(dāng)洗梗工序喂料機(jī)內(nèi)物料量減少至下光電開關(guān)位置時(shí)，光電開關(guān)將料空信號傳送至上梗工序，使上梗設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)，開始風(fēng)送煙梗，自動(dòng)控制示意圖見圖2：

3.3.5 控制程序編寫。在PLC中編寫控制設(shè)備運(yùn)行程序塊，程序塊包含有基本組織塊OB1、設(shè)備運(yùn)行塊FC1、網(wǎng)絡(luò)診斷塊FC2、報(bào)警信息塊FC3及變頻器數(shù)據(jù)塊DB1，具備自動(dòng)、手動(dòng)和聯(lián)機(jī)功能。

3.3.6 設(shè)計(jì)設(shè)備運(yùn)行畫面及網(wǎng)絡(luò)診斷畫面，便于現(xiàn)場操工觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作及參數(shù)設(shè)置。發(fā)生故障時(shí)在人機(jī)界面上顯示報(bào)警信息，便于維修人員快速排除故障。

4 應(yīng)用效果

自動(dòng)上梗機(jī)系統(tǒng)使用后，上梗堵料次數(shù)由4次/月下降至1次/月；小停機(jī)時(shí)間由65分鐘/月降至5分鐘/月；切梗絲后水分標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.35降至0.26；切梗絲厚度標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.047降至0.033，保障了梗流量連續(xù)、均勻、穩(wěn)定、受控，同時(shí)現(xiàn)場操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也得到大幅度降低。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2] 劉美俊.西門子S7-300/400PLC應(yīng)用案例解析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3] 鄭風(fēng)翼，張繼研.圖解西門子S7-300/400系列PLC入門[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：侯加文（1972-），男，河南駐馬店人，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司駐馬店卷煙廠制絲車間工程師，研究方向：制絲設(shè)備維護(hù)。

摘要：文章所探討的控制系統(tǒng)采用的S7-300PLC是德國西門子公司可編程控制器的主流產(chǎn)品，PLC是該系統(tǒng)的控制中樞。子站采用西門子ET200S，通過Profibus-DP總線將現(xiàn)場設(shè)備連接到控制裝置，代替過去繁雜的電纜連接。系統(tǒng)投入使用后，實(shí)現(xiàn)了洗梗工序根據(jù)所需物料量的多少對煙梗自動(dòng)拆包、上梗和啟停，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了現(xiàn)場操作人員勞動(dòng)量。

關(guān)鍵詞：西門子；S7-300PLC；自動(dòng)上梗系統(tǒng)；Profibus-DP總線

中圖分類號：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0005-02

1 存在的問題

煙草制梗絲所用的煙梗由現(xiàn)場操作工抬到皮帶輸送機(jī)上，然后經(jīng)風(fēng)力送到洗梗喂料機(jī)處。按每天計(jì)劃投料10000kg煙梗，每包50kg計(jì)算，每班操作工需要抬200多包，勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于上梗機(jī)與洗梗設(shè)備相距100m，主要靠兩地操作人員巡查聯(lián)系，生產(chǎn)中聯(lián)系不及時(shí)就會出現(xiàn)上梗量過大，煙梗堵塞在風(fēng)送管道中造成生產(chǎn)中斷，影響在制梗絲切絲質(zhì)量和水分穩(wěn)定性。

2 技術(shù)方案

（1）設(shè)計(jì)自動(dòng)上梗機(jī)，實(shí)現(xiàn)對煙梗的自動(dòng)吊裝、運(yùn)輸和上梗，由人工抬包實(shí)現(xiàn)為機(jī)械輸送，以減少現(xiàn)場操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）設(shè)計(jì)自動(dòng)拆包卸梗機(jī)，實(shí)現(xiàn)對煙梗的自動(dòng)拆包，消除割包時(shí)操作人員易割傷手安全隱患。

（3）電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在上梗生產(chǎn)現(xiàn)場安裝兩個(gè)電控柜，一個(gè)用于安裝PLC、各種控制模塊；另一個(gè)用于安裝控制現(xiàn)場各電機(jī)的饋電器及本地開關(guān)。

（4）通過PLC實(shí)現(xiàn)對風(fēng)送煙梗根據(jù)洗梗工序所需物料量的多少自動(dòng)停止和啟動(dòng)。

（5）在PLC中設(shè)計(jì)運(yùn)行控制程序，具備自動(dòng)、手動(dòng)、聯(lián)機(jī)、網(wǎng)絡(luò)診斷和報(bào)警功能。

3 方案實(shí)施

3.1 設(shè)計(jì)制作自動(dòng)上梗機(jī)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)上梗機(jī)由“工”字型鋼軌道和電動(dòng)葫蘆兩部分組成。

3.1.1 鋼軌道的選型。根據(jù)現(xiàn)場空間和吊裝輸送的要求，“工”字型鋼軌道選用150mm“工”字型鋼，上面焊接16mm鋼筋用以加固軌道，兩端焊接限位塊，起到安全限位作用。“工”字型鋼軌道的長度貫穿整個(gè)煙梗存放區(qū)，以便對遠(yuǎn)距離的煙梗進(jìn)行輸送，達(dá)到自動(dòng)上梗的目的。

3.1.2 電動(dòng)葫蘆的選型。根據(jù)投料煙梗50kg/包的情況，以每次吊起3包共150kg為限，考慮安全系數(shù)選擇載重為0.5噸電動(dòng)葫蘆。

3.1.3 上梗機(jī)工作原理?？刂剖直涎b有上下、前后、停止按鈕，按下“上下”按鈕，鋼鉤掛著物料可上下運(yùn)行；按下“前后”按鈕，鋼鉤掛著物料沿著鋼輥道可前后運(yùn)行。

3.2 設(shè)計(jì)制作自動(dòng)拆包卸梗機(jī)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)拆包卸梗機(jī)由三條傳送帶傳送梗包，中間是一條350mm寬的輸送帶，兩邊為300mm×1700mm的輸送帶，中間的輸送帶和兩邊的輸送帶之間有一空隙，安裝有切割刀。整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行由PLC通過光電開關(guān)進(jìn)行控制。當(dāng)煙梗包放在輸送帶上遮擋著光電開關(guān)時(shí)，皮帶在電機(jī)減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)下開始向前運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)的切刀對梗包進(jìn)行切割；當(dāng)皮帶機(jī)上無物料時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行。為避免安全事故的發(fā)生，在切割機(jī)構(gòu)上裝有安全保護(hù)裝置，以消除安全隱患。

3.3 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝

3.3.1 控制系統(tǒng)的配置。本控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：（1）主站PLC。由于系統(tǒng)的控制規(guī)模不大，選用西門子公司的S7-300PLC，該系列PLC是西門子公司的主流產(chǎn)品，能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場合，尤其是在生產(chǎn)制造中的應(yīng)用。S7-300PLC基于模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，配置靈活、安裝簡單、維護(hù)容易、擴(kuò)展方便，各種模塊可以進(jìn)行廣泛的組合和擴(kuò)展。S7-300PLC用背板總線將除電源模塊之外的模塊連接起來。背板總線集成在模塊上，模塊通過總線連接器相連，每個(gè)模塊都有一個(gè)總線連接器，后者插在各模塊的背后。安裝時(shí)先將總線連接器插在CPU模塊上，并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個(gè)模塊。（2）分布式I/O。選用模塊化的ET200S從站，帶DP接口模塊。ET200S模塊是分布式的I/O系統(tǒng)，特別適用于需要電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器和安裝裝置的開關(guān)柜，一個(gè)站最多可連接64個(gè)子模塊，輸入和輸出最大均為128字節(jié)，I/O模塊能以任何方式組合，最高數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到12Mbt/s。（3）采用Profibus-DP現(xiàn)場總線。Profibus是一種國際化的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，亦稱RS-485總線段，在一個(gè)總線段上最多可連接32個(gè)子站。該總線主要用于現(xiàn)場級的高速數(shù)據(jù)傳輸，在這一級，控制器PLC通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設(shè)備如I/O、傳感器交換數(shù)據(jù)。由于Profibus是一種成熟的總線技術(shù)，目前世界上許多自動(dòng)化技術(shù)廠家都為它們生產(chǎn)提供Profibus接口。（4）變頻器。選用丹弗斯VLT2800變頻器，帶Profibus-DP總線接口。（5）傳動(dòng)設(shè)備。異步電動(dòng)機(jī)及減速箱。（6）主要I/O設(shè)備。電磁閥、開關(guān)按鈕、指示燈、傳感器等。（7）人機(jī)界面。采用西門子公司的MP377觸摸屏，PLC通過MPI電纜與其相連。人機(jī)界面劃分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)為畫面顯示區(qū)域，另外一個(gè)為操作區(qū)域。其中畫面顯示區(qū)域由多個(gè)不同層的畫面窗口疊加而成，操作區(qū)則由多個(gè)按鈕組成。

3.3.2 硬件安裝。在上梗生產(chǎn)現(xiàn)場安裝兩個(gè)電控柜，一個(gè)用于安裝PLC、輸入、輸出模塊、現(xiàn)場操作人機(jī)界面、電源開關(guān)、變頻器、急停開關(guān)等；另一個(gè)用于安裝控制現(xiàn)場各電機(jī)的饋電器及本地開關(guān)。饋電器控制不需要調(diào)速的電機(jī)，變頻器控制需要調(diào)速的電機(jī)。

3.3.3 硬件組態(tài)。在硬件中組態(tài)電源、CPU、輸入、輸出模塊、變頻器、ET200S子站，CPU通過Profibus-DP總線與變頻器、子站進(jìn)行通信（見圖1）。

3.3.4 通過PLC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。由于上梗機(jī)與洗梗地點(diǎn)相距100m，主要靠兩地操作人員巡查聯(lián)系，當(dāng)洗梗工序發(fā)現(xiàn)喂料機(jī)料滿時(shí)，通知上梗工序停止上梗，上梗工序接到信息后才停止上梗，此間的時(shí)間間隔易出現(xiàn)上梗量過多，造成風(fēng)送煙梗堵塞管道內(nèi)。為此，我們結(jié)合兩工序設(shè)備現(xiàn)狀，通過對光電控制開關(guān)的應(yīng)用，以西門子S7-300PLC實(shí)現(xiàn)對風(fēng)送煙梗根據(jù)洗梗工序所需物料量的多少自動(dòng)停止和啟動(dòng)。在洗梗工序喂料機(jī)上安裝上下兩個(gè)光電開關(guān)，當(dāng)喂料機(jī)內(nèi)物料達(dá)到一定量，同時(shí)遮擋著兩個(gè)光電開關(guān)時(shí)，喂料機(jī)將料滿信號傳送至上梗工序，使風(fēng)送煙梗自動(dòng)停止進(jìn)料；當(dāng)洗梗工序喂料機(jī)內(nèi)物料量減少至下光電開關(guān)位置時(shí)，光電開關(guān)將料空信號傳送至上梗工序，使上梗設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)，開始風(fēng)送煙梗，自動(dòng)控制示意圖見圖2：

3.3.5 控制程序編寫。在PLC中編寫控制設(shè)備運(yùn)行程序塊，程序塊包含有基本組織塊OB1、設(shè)備運(yùn)行塊FC1、網(wǎng)絡(luò)診斷塊FC2、報(bào)警信息塊FC3及變頻器數(shù)據(jù)塊DB1，具備自動(dòng)、手動(dòng)和聯(lián)機(jī)功能。

3.3.6 設(shè)計(jì)設(shè)備運(yùn)行畫面及網(wǎng)絡(luò)診斷畫面，便于現(xiàn)場操工觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作及參數(shù)設(shè)置。發(fā)生故障時(shí)在人機(jī)界面上顯示報(bào)警信息，便于維修人員快速排除故障。

4 應(yīng)用效果

自動(dòng)上梗機(jī)系統(tǒng)使用后，上梗堵料次數(shù)由4次/月下降至1次/月；小停機(jī)時(shí)間由65分鐘/月降至5分鐘/月；切梗絲后水分標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.35降至0.26；切梗絲厚度標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.047降至0.033，保障了梗流量連續(xù)、均勻、穩(wěn)定、受控，同時(shí)現(xiàn)場操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也得到大幅度降低。

參考文獻(xiàn)

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[2] 劉美俊.西門子S7-300/400PLC應(yīng)用案例解析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3] 鄭風(fēng)翼，張繼研.圖解西門子S7-300/400系列PLC入門[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：侯加文（1972-），男，河南駐馬店人，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司駐馬店卷煙廠制絲車間工程師，研究方向：制絲設(shè)備維護(hù)。